数控机床误差补偿关键技术及应用研究
摘要：数控机床有效的把集微电子、信息处理、计算机、自动控制、自动检测等高新技术结合起来，从而实现制造业的自动化、智能化以及集成化。随着数控机床的自动化程度越来越高，人们对数控机床的精确度的要求也越来越高，而提高数控机床精确度的主要方法就是误差补偿。本文重点对数控机床误差补偿的关键技术和应用进行了研究。
关键词：数控机床；误差补偿；关键技术
随着制造业向高质量、高精度、高集成度以及智能化方向的发展，制造业对制造加工技术的要求也越来越高，数控机床已作为现代制造加工技术的主要设备，数控机床的精确度越来越受到人们的关注。数控机床误差补偿技术是提高数控机床精确度的重要方法之一，其主要是指当数控机床出现误差时，设备能够在不需要改变自身结构的前提下进行自动修复与修正，从而可以降低维修成本，并提高效率和精确度。笔者根据自己的工作经验，在本文中详细的介绍了数控机床误差补偿的关键技术及其应用。
1、数控机床误差补偿的关键技术
1.1、数控机床误差补偿技术的分类
随着世界科学技术的发展，数控机床误差补偿技术也得到了快速的发展，目前世界上数控机床误差补偿技术主要分为三大类，即静态补偿法、实时补偿法以及综合动态补偿法。其中静态补偿法主要是针对数控机床的螺距进行补偿，但是这种补偿方法存在很大的缺点，就是不能随着数控机床周围环境的变化而变化，而实际上数控机床周围的环境是在不断的变化的，所以这种误差补偿方法没有多大的实际意义。实时补偿法能够实时的对数控机床的误差进行相应的调整与修补，但是这种方法的应用范围较小，不能有效的补偿双轴联动的轮廓加工误差以及三轴联动时产生的空间误差等，所以这种误差补偿方法的应用也不广泛。综合动态补偿法是根据数控机床的实时工况以及环境条件等，对数控机床设备进行的一种跟踪补偿技术，能够有效的对几何误差、热误差、承载变形误差等进行综合性补偿，这种方法的应用最为广泛，并有较大的发展前途，目前很多国家都在对这种方法进行研究。
1.2、数控机床误差测量技术
数控机床误差测量的主要目的是为了精确测定机床的原始误差参数，其主要的误差测量方法包括直接误差测量法和间接误差测量法，其中直接误差测量方法主要是利用机械、激光干涉仪以及其他的光学方法等测量出数控机床在不同温度和位置下的误差，这种方法测量方法的优点是测量精确度较高，缺点是测量起来比较麻烦，费工又费时，所以这种测量方法主要应用于单项误差的测量；间接误差测量方法主要是先测出与误差相关的指标，再通过误差模型将其转换成技术误差，这种方法的优点主要是能够快速、有效的测量出数控机床的误差，其缺点是相对于直接误差测量法精度略低，但也可以满足要求，所以这种方法在综合动态补偿法中应用最为广泛。
1.3、数控机床误差建模技术
数控机床误差建模技术主要分为误差综合建模和误差元素建模两种，其中误差综合建模就是在加工时，通过运动学模型将工件和刀具之间的相对位移误差表示出来，这种建模方式能够明确整个数控机床的误差，但是其缺点是不够精确，可能会忽略局部的误差，所以这种建模方式的应用并不广泛；误差元素建模技术就是针对某一项误差元素进行数控机床误差建模，这种建模方法能够精确的模拟出局部的误差，并根据局部的误差可以推出整个数控机床的误差，所以这种建模方式在实际的应用中比较广泛，但是这种方法也有缺点，就是工程量较大，需要建立更多的模型。
1.4、数控机床误差补偿实施技术
数控机床误差的测量和建模最终都是为误差补偿实施技术服务的，数控机床的误差补偿实施的过程主要包括实施补偿和离线补偿。实施补偿就是通过提前安装在数控机床上的硬件辅助装置，把获得的数控机床外部数据，包括位置和温度等输送到误差补偿装置中，误差补偿装置在根据提前输入的数控机床误差模型计算程序，实时的计算出数控机床的误差补偿数据，再通过相应的反馈装置对数控机床系统进行误差补偿。离线补偿则是根据测量的误差数据，对数控机床的加工程序进行修改，从而使数控机床能够按照新的加工程序进行误差补偿，这种方法由于需要改变数控机床的加工程序，所以在实际的应用中较为少用。
2、数控机床误差补偿的应用
2.1、数控机床误差补偿的步骤
在数控机床误差补偿的应用中，必须严格按照操作步骤进行，这样才能确保数控机床的精确度，数控机床误差补偿的步骤主要分为四步，即数控机床误差源的检测和分析、建立数控机床误差运动综合数学模型、数控机床误差元素的辨识、建模和补偿以及对数控机床误差补偿效果进行评价。第一步的关键就是通过一些检测装置对数控机床进行检测，找出数控机床误差的源头，并对其进行详细的分析，从而确定数控机床误差之间的相互关系以及关键的温度点；第二步就是根据第一步所检测和分析的结果，运用相关的数学知识，建立几何和热误差两者的综合数学模型，该模型必须符合零件和刀具的相对位置；第三步要运用恰当的数控机床误差辨识方法，例如直接测量误差成分法、间接估计误差成分法等精确、有效的辨识数控机床的误差成分，并通过建模把误差分量用函数的方式表示出机床的位置和温度；第四步就是通过合适的方法或采用先进的设备，对数控机床误差补偿的效果进行评价，从而更加保证数控机床的精确性。
2.2、数控机床误差补偿的难点
数控机床误差补偿的应用过程中主要存在三个难点，一是安装温度传感器，目前安装温度传感器都是根据工作者的工作经验或是依靠尝试的方法进行安装的，另外其安装位置也不确定，为了能够获得更多的温度数据，所以一般会安装较多的温度传感器，但是这样不仅造成了资金的浪费，同时也增大了数据分析的工作量，所以在安装温度传感器的时候，必须根据科学的方法选择出合理的安装位置，从而确保数据的准确性；另一个难点是数控机床的热特性，因为数控机床的温度是逐渐增加的，并随着环境的变化不断的变化的，所以数控机床的热特性需要用很长的时间以及很多的数据进行分析，从而建立出更准确的模型，目前世界上一般都采用高阶多项式模型，但是这种模型存在着精度较低的缺点，所以在实际的应用当中，我们必须根据实际的情况，建立合适的热特性模型；第三个难点是数控机床误差模型的鲁棒性，在数控机床实际的工作当中，其误差是在不断变化的，所以我们根据一个环境而建立的模型，可能在其他的环境条件下并不适合数控机床的实际误差，而数控机床的热误差模型的鲁棒性主要依赖于训练过程的全面性，并于长时间的误差辨识有关，所以为了减少数控机床的热误差，在实际的数控机床应用中，我们要尽量保持构件温度的恒定性，采取相应的措施对构件进行加热或冷却。
3、结语
数控机床误差补偿方法是提高数控机床精确度最为有效的方法，在全世界都有广泛的应用，但是这种方法也存在着一定的问题，还有待解决，同时在实际的应用过程中，必须注意相关事项。另外我们还要采用先进的科学技术，对数控机床误差补偿方法进行改进，从而使数控机床能够更准确、精确的工作，有效的满足人们对数控机床的要求。
【参考文献】
[1] 杨建国.数控机床误差补偿技术现状与展望[J].航空制造技术,2012(5):90-91.
[2] 刘德云.数控机床误差补偿研究的回顾及展望[J].城市建设理论研究（电子版）,2013(21):79-80.
[3] 秦晓寅.数控机床误差补偿的关键技术研究[J].河南科技,2013(24):123-124.
